可控自燃汽油机的燃烧控制研究



可控自燃汽油机的燃烧控制研究

主要研究了汽油机负荷上限时的可控自燃特性。相对于目前的新型分层稀燃发动机，可控自燃汽油机（GCAI）提供了另一种降低CO2排放的途径。不同于稀燃发动机的是，GCAI的低温燃烧降低了NOx排放，因此可以减少处理装置数量。限制GCAI发展所面临的一大挑战是燃烧的不稳定性和边界条件的敏感性，诸如周围环境温度、进气压力和燃油品质。一旦燃烧出现不稳定，则循环间的波动就变得显而易见，这种看起来近似混沌的状态，其实是确定性和随机性的叠加。前期研究表明，这种波动可以通过各个循环的相互关系而被准确地预测。本文还介绍了一种燃烧控制算法来改善燃烧的可控性，进而增加燃烧的稳定性，并在一台单缸发动机上验证了理论的可行性，该发动机配备电子气门机构来自由控制所需的缸内残余废气系数。

控制逻辑分析是基于对缸内压力的实时分析，同时该分析由一个搭载FPGA（现场可编程门阵列）模块的高速控制单元执行。在上述分析基础上，可以通过压缩过程的热力学公式预测缸内燃烧特征和燃烧中心相位（可燃混合气50%热量释放时的曲轴角度）的特点，同时考虑上一循环和本循环换气过程对预测结果的影响。进气正时则采用一个线性模型来降低燃烧中心相位的波动。通过分析验证显示，在转速为1500r/min和平均指示压力为0.4MPa时，闭环控制策略下的平均指示压力和燃烧中心相位的平均偏差比开环的控制策略低40%左右。

Bastian Lehrheuer.SAE 2016-01-0754.

编译：苗志慧